Казахстанская национальная железная дорога

  1. Юрий Горбунов, Дэвид Хант и Марк Мекетон КТЖ управляет железнодорожной сетью протяженностью 14 800...
  2. Пересмотр Операционного плана КТЖ
  3. Результаты на сегодняшний день
  4. Рекомендации

Юрий Горбунов, Дэвид Хант и Марк Мекетон

КТЖ управляет железнодорожной сетью протяженностью 14 800 км, а ее грузопоток в 2013 году составил 231 млрд. Тонно-километров - 43 процента от общего объема грузоперевозок страны.

Существуют две основные философии эксплуатации грузовых железных дорог: на основе тоннажа и регулярных перевозок. При работе на основе тоннажа поезд будет находиться во дворе до тех пор, пока в него не будет загружено заранее определенное количество вагонов. Это гарантирует длинные поезда, которые интуитивно более эффективны, чем большее количество небольших поездов. Однако это может привести к низкому качеству обслуживания и требует дополнительных затрат труда и оборудования.

При регулярном железнодорожном движении грузовые поезда ходят по фиксированному расписанию независимо от того, заполнен ли поезд. Плановая эксплуатация улучшает обслуживание клиентов, тем самым улучшая способность железных дорог конкурировать с дальнобойщиками за более ценные, более чувствительные ко времени товары. Хорошо отлаженный план также производит длинные поезда, но требует меньшего изменения местоположения локомотивов и экипажей и является менее дорогостоящим. За последние 20 лет все североамериканские железные дороги перешли на плановые операции по мере развития программного обеспечения и инструментов исследования операций для разработки хорошо отлаженных планов.

Одним из первых последователей плановых железнодорожных перевозок была Канадская тихоокеанская железная дорога (CP), которая работала с MultiModal Applied Systems (теперь часть Oliver Wyman) для изучения этой концепции. Клиенты оказывали давление на CP с целью улучшения качества обслуживания, но были обеспокоены тем, что фиксированный график значительно увеличит расходы. Был разработан график работ, основанный на расписании, чтобы согласовать схемы движения с оптимизированными планами блокировки и маршрутизации, с акцентом на уменьшение количества миль оборудования, миль и часов поездов. Эта работа была отмечена в 2003 году престижной премией Франца Эдельмана от INFORMS.

В течение последних нескольких лет авторы работали с Казахстанской национальной железной дорогой над проектированием и созданием системы сетевого планирования, основанной на концепциях работы, удостоенной награды Эдельмана. Казахская железная дорога, являющаяся частью обширной железнодорожной системы бывшего Советского Союза, была прочно укоренилась в операции на основе тоннажа. Хотя многие проблемы планирования аналогичны железным дорогам Северной Америки, существуют также заметные исключения, которые требуют новых моделей и концепций.

Казахстан Темир Жолы

Рисунок 1: Карта железнодорожной сети КТЖ.

Казахстан расположен в Центральной Азии, имеет северную границу с Россией, юго-восточную границу с Китаем и южную границу с Туркменистаном, Узбекистаном и Кыргызстаном. Это девятая по величине страна по площади в мире и самая большая страна, не имеющая выхода к морю. Богатые запасы нефти, угля и руд используются внутри страны, а также экспортируются, чтобы стимулировать устойчивый экономический рост. Казахстан также является важным торговым маршрутом для товаров из Китая в Европу; фактически город Алматы был остановкой на знаменитом Шелковом пути. Все эти факторы способствуют необходимости эффективной системы грузовых железнодорожных перевозок для поддержки экономики Казахстана.

Казахстан Темир Жолы (перевод Казахстанская железная дорога) - национальная грузовая железная дорога Казахстана. КТЖ управляет железнодорожной сетью протяженностью 14 800 км, а ее грузопоток в 2013 году составил 231 млрд. Тонно-километров - 43 процента от общего объема грузоперевозок страны. Между Китаем и Казахстаном есть два промежуточных пункта, и многие железнодорожные вагоны следуют по всей территории страны, прежде чем перейти на российскую железнодорожную систему. Самый большой в железнодорожной системе КТЖ завод, расположенный в столице Астане, принимает в среднем 6000 вагонов в день.

Проблему планирования железных дорог для общих грузовых перевозок на КТЖ можно разбить на две основные проблемы. Первый - это разработка стратегии агрегации, которая называется планом блокирования. План определяет «блоки» железнодорожных вагонов, которые временно сгруппированы для перемещения из пункта отправления в пункт назначения. Хорошие планы блокирования учитывают автомобильные километры, погрузочно-разгрузочные работы и учитывают физические ограничения дворов и сети. Конструкция блоков сильно влияет на эффективность работы железной дороги и качество обслуживания клиентов.

Вторым вопросом планирования является формирование поездов, которые перевозят блоки. Для поезда характерны дни, в которые он работает, маршрут, по которому он идет, запланированное время прибытия и отправления по маршруту, а также какие блоки подбираются и устанавливаются по маршруту. Как правило, более длинные поезда предпочтительнее, но время / частота поездов определяет время транзита и, следовательно, обслуживание клиентов. План поездов также должен сбалансировать количество поездов, идущих в каждом направлении, чтобы уменьшить перемещение локомотивов и команд.

Рабочий план КТЖ состоял в том, чтобы запускать одноблочные поезда на короткие расстояния, как правило, между двумя смежными основными дворами, несколько раз в день. Вагон следовал из пункта отправления в пункт назначения, проезжая через главный двор за основным, с промежуточной обработкой для размещения вагона в разных поездах на каждом дворе. Время от времени КТЖ запускал одноблочные «объездные поезда», которые могли бы пропустить через главный двор, чтобы уменьшить количество машин. Они делали это только в том случае, если они могли управлять двумя или более поездами в день, которые обходили двор, и если все еще было достаточно движения, чтобы оправдать продолжение работы существующих поездов между смежными дворами.

Пересмотр Операционного плана КТЖ

KTZ начала использовать наше программное обеспечение для планирования сети MultiRail ™, чтобы помочь в разработке своего операционного плана. Как и в случае с CP, планирование перевозок включает четыре этапа:

  1. Разработать прогноз трафика.
  2. Используйте прогноз для разработки плана блокировки.
  3. Проектирование поездов на основе плана блокировки.
  4. Используйте моделирование и анализ для оценки рабочих нагрузок на верфи и поезда и определения уточнений к плану.

Создание прогноза трафика. Первым шагом было создание файла трафика, точно отражающего ожидаемые грузопотоки КТЖ. Сначала был разработан исторический взгляд на загруженные и порожние железнодорожные вагоны, но для разработки тщательно отлаженного плана, который можно было бы использовать ежемесячно, потребовалось два дополнительных ввода данных. Первым был внутренний прогноз доходов (загруженных) вагонов КТЖ на следующий месяц, агрегированный по 14 регионам. Во-вторых, был внешний прогноз загруженных и порожних движений автомобилей, следующих в / из Казахстана в различных точках международного обмена. Будучи наследием бывшего Советского Союза, такой прогноз создается для всех железных дорог бывшего СНГ специальным международным центром в России.

Будучи наследием бывшего Советского Союза, такой прогноз создается для всех железных дорог бывшего СНГ специальным международным центром в России

Рисунок 2: Предыдущий план КТЖ.

Рисунок 2: Предыдущий план КТЖ

Рисунок 3: Пересмотренный план КТЖ.

Эти компоненты были объединены в статистическую / оптимизационную модель для получения полного прогноза на уровне от станции к станции. Модель использовала концепции квадратичного программирования, чтобы найти решение методом наименьших квадратов нагруженных и пустых потоков, которые исследовали:

  • концепция «сохранения массы», т. е. железнодорожные вагоны в регион должны равняться железнодорожным вагонам из региона;
  • корректировка исторических загруженных и порожних перемещений в соответствии с внутренним прогнозом загруженных перемещений и российским прогнозом обмена нагрузками и порциями; а также,
  • добавление пустых «возвратных» ходов для полностью новых загруженных ходов, которые не имеют балансирующих пустых ходов в исторических данных.

Оптимизация блокировки и плана поезда. Следующим шагом была разработка нового плана блокировки, который потребовал сначала смоделировать текущий план. Это оказалось серьезной проблемой, так как железная дорога использовала текстовый документ для описания своего плана блокировки и формирования поезда. Типичная запись будет указывать для конкретного типа поезда на определенном дворе, и в зависимости от пункта назначения движения, следующего двора поезда, а также типа поезда - местный, автомобильный, магистральный или экспортный.

Дьявол кроется в деталях, и в этом случае план для большинства поездов включает примечания, в которых указывается цель или специальные правила для блокировки. Например, в примечаниях может быть указано, что местный поезд должен быть построен в определенной последовательности от местных ярдов на линии. Или, что поезд должен брать автомобили для определенных пунктов назначения, только если эти автомобили проходят определенную точку обмена. Было множество таких деталей, которые не были доступны в согласованной электронной форме, но их необходимо было учитывать и точно представлять при кодировании с использованием программного обеспечения для планирования MultiRail.

Когда точное представление текущего плана было завершено, КТЖ перешел к использованию MultiRail для оптимизации плана. Одна концепция оптимизации заменила строгие правила для обходных поездов с одним блоком на составные поезда с несколькими блоками, которые использовали обходные блоки, как показано на Рисунке 2 и Рис. 3. В этом примере можно прогнозировать, что один блок из 70 вагонов будет проезжать со двора А до Двор B каждый день, а затем 30 из этих машин едут на Двор C в виде отдельного блока. По старому плану поезд AB использовался для перевозки 70 вагонов, а поезд BC для перевозки 30 вагонов, а также для других автомобилей, забранных в B и направляющихся в C. В новом плане меньше на 30 вагонов, что снижает затраты и улучшает транзитные времена.

Новая практика, которая может быть легко разработана с использованием программных средств, разрабатывает многоблочные поезда, которые сокращают промежуточные работы на ярде и сокращают общее время ожидания для автомобилей, улучшая общую скорость системы.

Моделирование и анализ сети. Способность идентифицировать и анализировать возможности обхода блока и уточнить план блокирования, а также создать правильный план поезда с использованием MultiRail, была частью проекта CP и обсуждалась в нашей предыдущей статье об интерфейсах [1]. Но для Казахстана было необходимо разработать еще четыре инструмента исследования операций, которые описаны ниже.

Ослабление двора включает в себя оптимизацию правил блокирования для исходящих блоков, происходящих из определенного двора, чтобы гарантировать, что трафик направляется на наиболее экономичный набор блоков. По большей части это основано на назначении трафика каждого блока. Это стало полезным инструментом, так как он показывает, как планировщик может лучше оптимизировать план. Он также обеспечивает «проверку работоспособности» для правил и помогает выявить неполноту и неправильные маршруты. Текущий инструмент работает для одного двора за раз. В настоящее время разрабатывается алгоритм глобальной оптимизации правил дорожного движения для плана блокировки.

Двор Астаны является соединением четырех линий и является самым загруженным терминалом в сети КТЖ. Ежедневно он получает около 6000 автомобилей.

Оптимизация частоты поездов определяет оптимальные частоты для поездов с учетом физических ограничений поездов и инфраструктуры и стала существенным улучшением планирования. В качестве простого примера, скажем, поезд перевозит один блок, этот блок перевозится только этим поездом, а расчетный еженедельный объем блока составляет 700 вагонов. Поскольку максимальный размер поезда составляет всего 71 вагон, поезд должен ходить 10 раз в неделю. Однако сложность расчета будет возрастать по мере того, как план поезда становится более сложным, например, из-за нескольких блоков на поезд, нескольких поездов, перевозящих блок, некоторые поезда предпочтительнее других поездов и «перестановок блоков» (где блок один поезд доставляет его в промежуточную точку, а другой поезд в целом забирает для его доставки к месту назначения).

Анализ емкостного объема - это новый инструмент для быстрой оценки типичных размеров поездов. В нем рассматриваются эксплуатационные правила КТЖ в отношении пропускной способности поездов и определения приоритетов движения, такие как практика захвата ограниченного движения, которое не подходит для основного поезда, и передачи его в местный поезд. Он основан на формулировке линейного программирования [2]. Несмотря на полезность для быстрого проектирования поездов, этот инструмент обменивает точность на определенный день на скорость вычислений и не оценивает время прохождения.

Емкостное моделирование - это индивидуальная модель, разработанная для: (1) точной оценки колебаний размеров поезда и рабочих нагрузок во дворе в течение недели; (2) оценить время доставки груза; и (3) быть эффективными для тоннажных поездов, которые остаются в системе. Концепция заключается в том, что трафик высвобождается в течение нескольких недель, накапливается во дворах, а затем курсирует либо на тоннаже, либо на регулярных поездах в соответствии с планом маршрутизации. Для поездов, которые запланированы, если железнодорожные вагоны в записи о движении транспорта не могут вписаться в поезд из-за ограничений вместимости, движение будет перенесено на следующий поезд, которому разрешено перевозить движение. Для тоннажных поездов поезда не освобождаются до тех пор, пока не будет заполнено или пока не пройдет порог времени.

Результаты на сегодняшний день

Рисунок 4: Карта плотности движения для ежедневных вагонов Терминала Астаны.

Пример ценности использования MultiRail для планирования связан с разгрузкой работ с основного склада в Астане. Двор Астаны является соединением четырех линий и является самым загруженным терминалом в сети КТЖ. Ежедневно он получает около 6000 вагонов, из которых 2600 вагонов классифицируются на новые поезда. Астанинский двор работает на пределе своих эксплуатационных возможностей. Кроме того, около двух десятков междугородних пассажирских поездов ежедневно проходят по магистральным магистралям.

Для сокращения работы на верфи Астаны и увеличения скорости вагонов была предложена новая схема блокировки (Рисунок 5). Раньше Астана и прилегающие дворы работали на двухточечных поездах с единичными блоками. Автомобиль из Караганды в Павлодар будет обрабатываться в Астане и Экибастузе. В новой схеме Караганда построит павлодарский поезд с блоком для Астаны и блоком для Павлодара. Поезда Астана-Экибастуз были запланированы таким образом, что они прибывают в Экибастуз за три-четыре часа до поезда Караганда-Павлодар. Это дает Экибастузскому двору достаточно времени для обработки вагонов из Астаны и подготовки блока к поезду Караганда-Павлодар. Это решение, хотя и было относительно простым, было довольно необычным в операциях KTZ. Эти возможности требуют тщательного анализа трафика и большого межрегионального сотрудничества, и поэтому их трудно идентифицировать без программных инструментов.

Эти возможности требуют тщательного анализа трафика и большого межрегионального сотрудничества, и поэтому их трудно идентифицировать без программных инструментов

Рисунок 5: План блокирования Астаны.

Команда планирования KTZ прошла несколько итераций этой идеи, прежде чем она была признана совместимой со всеми операционными препятствиями и ограничениями на каждом из дворов. В конце концов, это решение оказалось очень эффективным. Почти 400 автомобилей в день обрабатывали меньше, а скорость была увеличена на 15 процентов. Этот эффект был измерим, даже когда обслуживание путей замедлило все поезда в коридоре. Обработка автомобилей в Астане упала до 2400 автомобилей в день, и аналогичный результат был достигнут в Экибастузе.

Успешное развертывание таких решений KTZ имеет несколько интересных последствий. До использования MultiRail пропускная способность КТЖ для расширенного планирования поездов между отделами была очень ограничена доступностью и сложностью данных. Использование новых программных инструментов позволило провести комплексное межведомственное планирование, что привело к дополнительному повышению эффективности.

Использование новых программных инструментов позволило провести комплексное межведомственное планирование, что привело к дополнительному повышению эффективности

Рисунок 6: Улучшение скоростей автомобилей.

Более того, было выявлено, что разработка решений, аналогичных примеру Астанинского двора, в корне несовместима с существующими показателями деятельности и организацией КТЖ. Производственные системы будут измерять скорости только в пределах 14 подразделений, а не по конкретным маршрутам или сегментам. Новые программные инструменты помогли KTZ разработать ключевые показатели эффективности, отражающие эффективность всей сети.

Не менее важно и то, что эти программные инструменты поддерживают новые методологии и процессы планирования, которые KTZ использовала для создания более запланированных, ориентированных на рынок, ориентированных на обслуживание клиентов операций.

Юрий Горбунов является старшим специалистом по транспортной практике Оливера Уаймана, где он сосредоточен на оптимизации железнодорожных операций и работе с клиентами по стратегическому планированию.

Дэвид Хант - менеджер по транспортной практике Оливера Уаймана, где он специализируется на стратегическом планировании, операционных усовершенствованиях, нормативном анализе и анализе политики, уделяя особое внимание проектам, включающим расширенную аналитику и сетевое моделирование.

Марк Мекетон - вице-президент по транспортной практике Оливера Уаймана , где он специализируется на проектировании, разработке и использовании программных приложений для проектирования сетей, а также руководит усилиями по разработке MultiRail, который использовался для разработки планов эксплуатации железных дорог на шести материки.

Рекомендации

  1. Фил Ирланд, Род Кейс, Джон Фаллис, Карл Ван Дайк, Джейсон Куен, Марк Мекетон, «Канадская тихоокеанская железная дорога преобразует операции, используя модели для разработки своих планов работы», Interfaces , Vol. 34, № 1, январь – февраль 2004 г., стр. 5–14.
  2. BW Patty (ed.), «Руководство по приложениям для исследования операций на железных дорогах», Международная серия исследований в области исследований и управления, 222, Springer Science + Business Media, LLC, 2015.
  3. INFORMS, ссылка на лауреата премии Франца Эдельмана 2003 года ( https://www.informs.org/Recognize-Excellence/Franz-Edelman-Award ).